计算机控制技术在sbr污水处理工艺中的应用 48页

'摘要近几年我国的环保事业得到长足发展，无论是从技术理论还是工艺设备都有很大的提高，但污水处理自动控制系统还与发达国家存在一定的差距。目前，采用序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor简称SBR法)处理间歇排放的水质水量变化很大的工业污水取得了很大成功并被广泛应用。SBR工艺污水处理过程具有多变量、强非线性、严重不确定性、建模困难等特点，且标志污水水质的关键参数不能在线测量，控制目标不能用过程参数直接表示，是一个典型的复杂过程。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它是计算机技术、通信技术和控制技术高度综合与集成的产物，是一种开放式和分布式的新模式。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。本文分析了现场总线的特点，从PROFIBUS的类型、主要特征、通信原理、传输技术等方面对PROFIBUS通信技术进行了探讨。通过对SBR污水处理工艺、特点的研究，将现场总线技术引入到污水处理过程中来，提出了“基于现场总线的SBR污水处理自动控制系统"。设计出污水处理厂自动控制系统图和PROFIBUS网络配置方案。针对污水处理过程中的难点—污水曝气过程和脱氮过程的控制策略进行了研究，采用模糊控制策略，可以比较准确地反映污水水质的变化，合理控制曝气量，节省运行费用。论文设计的基于PROFIBUS现场总线的污水处理自动控制系统，采用了国外先进的PROFIBUS现场总线技术，实现了作为上位控制的工控机IPC、污水泵站PLC、曝气过程PLC、排泥系统PLC为主动站之间的通讯，以及上述主动站与作为从动站的污水泵站中的软起动器、曝气过程中的变频器、工艺应用中的智能传感器和外围I／o设备之间的通讯。关键词：SBR；PROFIBUS；曝气过程；脱氮过程；模糊控制 AbstractInrecentyears，China"senvironmentalprotectionhasbeendevelopedbyleapsandbeurids，．bothtechnicaltheoryandprocessequipmenthavegreatlyimproved，butthereisstillacertaingaptocomparethesewagedisposalautomatic-controlsystemwiththedevelopedcountries’．Atpresent，the峨ofsequencebatchreactor(SequencingBatchReactorreferredtoastheSBRmethod)todealwithindustrialwastewaterwhichhasalotofchangesinintermittentemissionsofwaterqualityandquantity，hasachievedgreatSuccessandwaswidelyused．SBRsewagedisposalprocesswithcharacteristicsofthemulti·variableprocess，strongnon-linear，seriousuncertainties，difficultiesinmodelingandwithwhichthekeysewagewaterqualityparameterscannotbeon-linemeasurement，controlobjectivesCannotbedirectlystatedbyprocessparameters，isatypicalcomplexprocess．Fieldbusconnectionisadigital，two-waytransmission，multi—branch-structurecommunicationsnetworkwhichconnectintelligenton·siteequipmentandautomationsystems．Itisahi【gh—degreeintergratedproductcombiningcomputertechnology，communicationstechnologyandcontroltechnology，andisallopenanddistributednewmodel．Fieldbusisoneofthehotspotsinthedevelopmentofautomationtechnologyfield．ThispaperanalyzesthecharacteristicsofFieldbus．FromthetypeofPROFIBUS，themaincharacteristics，theprinciplesofcommunication，transfertechnologyetc．，PROFIBUScommunicationtechnologiesalediscussed．ThroughstudytOtheSBRsewagedisposalprocessandthecharacteristics，putfieldbustechnologyintothesewagedisposalprocess，andsetup”Fieldbus·basedSBR‘Sautomaticcontrolsystemforsewagedisposal．“DesignasewagedisposalplantcontrolsystemmapandplansofPROFIBUSnetworkconfiguration．Thedifficultyofsewagedisposalprocess-sewageaerationprocesscontrolandnitrogenremovalprocesscontrolstrategyhasbeenstudied，withfuzzycontrolstrategy，itcanmoreaccuratelyreflectchangesinwaterquality，reasonablycontroltheamountofaeration，savingoperationCosts．TheautomaticcontrolsystemforsewagedisposalbasedonfieldbusPORFIBUSdesignedinthepaper，USeSforeignadvancedPROFIBUSfieldbustechnology，toachieveaupper-positionasthecontroloftheworkcontrolmachineIPC，asewagepumpingstationPLC，theprocessofaerationPLC，sludgePLCSystemstotakethecommunicationtoinitiativesbetween，aswellastoachievethecommunicationbetweentheabove·mentionedinitiativesandthesoftstarterstandingasafollowerofthesewagepumpingstation，theinverterintheprocessofaeration，smartsensorsinapplicationoftechnologyandexternalI／Odevices．KeyWords：SBR；PROFIBUS；AerationProcess；NitrogenRemovalProcess；FuzzyControl 学位论文独创性声明学位论文知识产权权属声明本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。：文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。论文作者签名：弯伺多L日期：a舯月嫡学位论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛大学。本学位论文属于：保密不保年解密后适用于本声明。(请在以上方框内打“4”)论文作者导师签名46 青岛大学硕士学位论文第一章绪论近几年我国的环保事业得到长足发展，无论是从技术理论还是工艺设备都有很大的提高，但污水处理自动控制系统还与发达国家存在一定的差距。我国污水处理厂自控系统的现状是：手动与自动皆备，自制和引进并举。运行控制从总体上说仍然存在很多不足，这不可避免地制约了污水处理技术水平的发展。对污水处理过程进行自动控制不仅可以提高系统的性能、产率和可靠性，而且还可以增加系统的稳定性、降低操作成本。1．1课题的来源和背景我国的人口多，城市多，企业多，所需的污水厂也多，进口设备要消耗巨大的外汇，可见，只依靠进口并不是长久之计。随着经济的发展，设计出符合我国国情的污水处理控制系统迫在眉睫。随着我国经济的高速发展，对环境保护方面提出了更高的要求，各大中城市相继建成污水处理厂。然而在实际运行中，能达到最佳状况，运行较好的只占少数。国家环保总局曾对我国55个城市的5556套工业废水处理设施的运行情况作了伞面调查，结果表明：运行效果好或比较好的只占24％，而建成后没能运行的或处理能力达不到设计能力一半的设施竟占总数的63．8％。造成这利一状况的原因是多方面的，其最主要原因是运行控制与管理水平低。每年由此造成的损失足惊人的。目前，绝大多数污水处理厂‘采用活性污泥法，特别是八十年代以来，序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor简称SBR法)用于处理间歇排放的水质水量变化很大的工业污水取得了很大成功并被广泛应用。SBR法的主要缺点是操作复杂，只有实现SBR法的自动控制，才能发挥其优势。虽然某些SBR污水处理厂在一定程度上实现了自动化，但由于大多数采用传统的控制方式，即时间程序控制。时间程序控制主要是根据SBR法的五个运行阶段即进水、反应、沉淀、排放、闲置所需的时间进行预先设定后实施的自动控制。而污水的水质水量随时问是变化的，有时其有机物浓度相差几倍甚至几十倍，如果按某一相同的反应时间控制SBR法运行，当进水浓度高时出水质不合格，但进水浓度低时反应时间过长，既浪费了能耗又易于发生污泥膨胀。可见利用时间程序控制效果不佳，出水水质波动较大，制约着污水处理的质量。SBR法需要～种更为有效的控制方式，既能充分发挥SBR法的处理优势，又能保证处理系统的可靠运行。SBR法是一种生物污水处理技术，污水处理过程有很大的时变性，需要较多地考虑其动态行为和运行特性。采用自控技术，可以根据监测的结果，随时调整设备 第一章绪论及工艺过程参数，可使设备状态优化，经济运行，节约能耗；保证安全操作，减少事故，改善劳动条件，提高管理水平，合理使用和配置设备。国内外的经验都表明，好的自动化管理不仅能节省人力，更能使系统稳定可靠节省运行费用。欧、美等发达国家在城市污水处理工艺、设备和控制技术研究与开发方面要早于我国，尤其控制技术处于领先地位。我国经过“七五’’、“八五”和“九五’’3个五年计划的艰苦努力，在城市污水处理工艺和设备等方面取得了较为可喜的成效，某些设备己经达到了完全国产化的程度。但是，在城市污水处理关键性设备和控制技术的研究方面还存在一定不足。而有的已建成的污水处理厂仍处于人工操作状态，这严重影响了城市污水处理的质量，带来了不可预料的后果，因此，进一步提供城市污水处理自动化控制水平就显得尤其重要。1．2污水处理控制系统国内发展情况目前，国内污水处理的控制水平基本分为三个大的档次。第一，手动操作：采用常规分散仪表对污水处理过程中的液位、流量、温度、浊度、pH值，溶解氧浓度(DO)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、污泥浓度(MLSS)等性能指标进行离线或在线采集，根据数据得出控制要求，操作员在现场控制主要设备，如阀门的开闭，电机的启停，鼓风量的调节等等，在这种控制方式下，控制完伞由工人在现场操作，工艺参数得不到可靠保证，污水处理后出水质量难以保证，稳定性差，工人操作劳动强度大，主要设备和装置不能工作在最佳状态。这种控制方式由于投资少，主要在一些小型污水处理场合应用。第二，半自动控制：通过数据采集器等手段采集局部过程量送入控制室，一般在控制室设有工艺模拟显示屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示液位、流量、温度、浊度、pH值、溶解氧浓度(DO)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、污泥浓度(MLSS)等过程参数，和电机、阀门运行状态，对生产过程进行监控，上位机操作人员可以在模拟屏或操作台上遥控部分设备的启停，而某些设备控制就需要联系现场操作人员，由现场操作人员手工控制，生产巾的数据需要人工记录。这种控制方式，需要人工的频繁介入，中间存在人为联络的延迟，使出水质量会有较大的波动，工人的劳动强度也较大，国内rfl小型污水处理J‘较多采用。第三，全自动控制：采用计算机控制技术与多层次的网络结构对污水处理全程生产工序进行无人值守的伞自动控制。生产过程控制巾的各种信号通过相应变送器送入下位机，一般下位机采用可靠的PLC作为控制单元，运行先进的控制算法，实现现场设备的实时控制。作为上位机的工业控制计算机采用TCP／IP协议和标准数据库，挂在以太网上，实现信息的集成管理和远程控制。上、下位机之间通过网络传2 青岛大学硕士学位论文送采集参数和远程控制参数。这种控制方式是自控技术的发展方向，国内外的大型污水处理厂都在使用。运行控制从总体上说仍然存在很多不足，这不可避免地制约了污水处理技术水平的发展，也是我国水污染状况未能得到根本改善的重要原因之一。对污水处理过程进行自动控制不仅可以提高系统的性能、产率和可靠性，而且还可以增加系统的稳定性、降低操作成本。目前我国所使用的污水处理设备尤其是自动检测系统及相关软件大多依靠进口。从监控系统的总体结构来讲，目前国内污水厂的计算机监控系统通常采用以下几种常用形式：(1)SCADA系统SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquistition)系统，即监视控制与数据采集系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由一个主控(MTU)和若干远程终端站(R1rU)组成，MTU与RTU之间用物理链路层或数据链路层联系。系统联网通讯功能较强，可实现连续及顺序控制，侧重于监测和少量控制，适用于被测点地域分布较广的场合。但是系统实时性较差，无法实现大规模和复杂的控制功能。(2)DCS系统DCS(DistributedControlSystem)集散控制系统，又名分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。由计算机和现场终端连接组成。通过网络将现场控制站、检测站和操作管理站、控制管理站及工程师站联接起来，共同完成分散控制和集中操作、管理的综合监控系统。它适用于各种生产过程，侧重于连续性生产过程控制。能提高生产自动化水平和管理水平。该系统的特点是：1)采用分级分布式控制。系统按不同功能组成分级分布7系统，各子系统执行自己的控制程序，处理现场输入输出信息，减少了对系统的信息传输量，使系统应用程序较为简单。一‘’2)在物理上实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。3)有较好的扩展能力。借助网络技术，可以完成纵向和横向通讯以及高层的管理机通讯，系统扩展方便。4)系统软、硬件资源丰富，可适应各种特殊要求。5)实时性好、响应时间快。6)应用软件的编程工作量大，对开发和维护人员要求高，开发周期较长。3 第一章绪论．(3)PC+PLC系统PC+PLC系统由高性能个人计算机(PC)和可编程控制器(PLC)组成。中控室设置PC组成的操作监控站和工程师监控站，通过网络联结PLC组成的多个分控站，实时多任务集散型(集中管理、分散控制)网络控制系统，数据处理能力强，能对生产过程进行实时监控，对生产数据自动进行统计处理。系统稳定性能好，开发、维护、操作简便。开发方便，应用也非常灵活。该系统的特点是：1)可实现分级分布式控制，可实现“集中管理、分散控制"，大大提高了系统的安全性。2)可靠性高、组网方便。硬件系统配置简洁，很容易在网络中增减PLC来实扩展网络的目的。3)编程方便、开发周期短、维护简易。4)系统内配置和调整非常方便。5)与工业现场信号直接相连，易于实现机电一体化。(4)工业现场总线控制系统现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)是由DCS与PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。当前国际上具有代表性的现场总线技术与产品是EIA．RS一485总线、PROFIBUS，CANBUS与LONWORKS等。FCS系统以分散的虚拟控制站代替集巾的控制站，其基础是数字智能现场装置。FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。该系统的优点是：1)软、硬件资源丰富，工控机由于与PC兼容，可借助PC机丰富的软、硬件资源。2)响应时间较快，实时性较好，3)不同J‘家产品可以互联，组成复杂网络。4)在国际标准化组织内存在着不同派别及企业的竞争优势。工业自动化系统的完全数字化、并进一步采用某种标准，是实施现场总线技术的基础。以上网种系统各有优缺点，后三种在目前的工业中获得了较多的运用。1．3课题主要研究内容和预期的研究成果4 青岛大学硕士学位论文SBRI艺污水处理过程具有多变量、强非线性、严重不确定性、建模困难等特点，并且标志污水水质的关键参数不能在线测量，控制目标不能用过程参数直接表示，．是一个典型的复杂过程：本课题通过对SBR污水处理工艺的研究，。将现场总线技术引入到污水处理过程中来，开发出．“基于现场总线的SBR污水处理自动控制系统"。该系统以现场总线为核心，以智能设备可编程控制器为控制主体，以计算机为系统编程、组态、维护、监控和管理的一体化平台，实现了污水处理生产现场网络通信与计算机控制系统的集成。自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围。在中心控制室发出上传指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数(水质参数、流量、液位等)、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中心控制室。功能如下：(1)控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLC的某些参数等。(2)显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。(3)数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化SBR池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。(4)报警功能：当某一模拟量(如电流、压力、水位等)测量值超过给定范围或某一开关量(如电机启停、阀门开关)阀发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。(5)打印功能：可以实现报表和图形打印以及各利，事件和报警实时打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。控制系统网络结构如果采用常规PLC集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上，。由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架，且现场环境恶劣、其施工难度非常大。鉴于此，采用现场总线技术，根据工艺划分，系统设立主站、子站和操作员站。采用西门子的S7．300系列PLC，主站采用CPU315．2DP，其带有一个DP通讯口和一个MPI口。子站采用通用性较好的ET200M现场模块，用于现场数据的采集和控制，并借助工业现场总线，方便控制网络系统的建立。控制系统分为三个级别，即现场级、控制级、管理级。5 第二章SBR污水处理工艺介绍2．1SBR技术的发展历史SBR的前身是以间歇操作的充排式系统(Fill．and．drawSystem)。1912年，英国的Clark和Gage发现，对废水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。继而在1914年，Ardem和Lockett发现，把曝气后的污泥静止沉淀，只倒去上层清液，留下瓶底污泥，供下次处理时用，这样可以大大缩短处理废水的时间。他们将这些污泥命名为活性污泥。1969年由美国俄亥俄州Notre大学欧文教授等人提出了对SBR技术的研究，直到70年代以后才陆续引起其他国家的重视，特别是澳大利亚，它是应用SBR法最多的国家之一，目前大约已建成SBR处理厂600座以上，处理量为21×104m3／d的大型SBR污水厂已建成。国外，SBR技术广泛应用到工业废水处理和生活污水处理，特别是处理含有毒有机物的工业废水，SBR是一利-经济高效的方法。国内自80年代才开始引进该技术，目前我国对SBR的研究处于发展阶段。2．2SBR工艺工作过程进酉一甚器一由r．,--榭-进水过程(Fill)擗水过程闲置连程图2．1SBR工艺工作过程6 青岛大学硕士学位论文污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。此时活性污泥中菌胶团(由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成)将对废水中的有机物产生吸附作用，COD和BOD为‘最大值。曝气反应过程(React)进水达到设定的液位后，开始曝气，采用推流曝气或完全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气，水中的溶解氧(DO)达到最大值，COD不断降低。静置过程(Settle)既不曝气也不搅拌，反应池处于静止沉淀状态，进行高效的泥水分离。COD降为最小值，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行。排水过程(Decant)上清液由滗水器排出。闲置过程(Idle)活性污泥中微生物充分休息，恢复活性，为了保证污泥的活性，防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥提供足够的空间生长繁殖。2．3SBR技术的特点与连续流活性污泥法相比，SBR法有以下优势：(1)工艺流程简单，设备少，占地省，投资小，构筑物少。SBR的基本工艺在一个反应器中完成，所以原则上SBR法的主体工艺设备只有一个反应器，不需要二沉池、回流污泥及其设备，不必设调节池和初沉池。由于SBR工艺简洁，所以它布置紧凑、节省占地、投资和运行费用省。(2)静止沉淀效果好SBR的沉淀是在理想静沉条件下进行的，不受进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出现，是一种理想的静止沉淀，因此，固液分离效果好，容易获得澄清的出水。剩余污泥含水率低，浓缩污泥含固率可达到2．5％--3％，为后续污泥的处置提供了良好的条件。(3)具有较强的脱氮除磷能力。．生物脱氮过程是由好氧生物硝化和厌氧或缺氧反硝化两个生物化学过程组成。硝化过程是在有氧条件下，由亚硝化菌先将氨氮转化为亚硝酸盐氮，再由硝化菌进一步氧化为硝酸盐。亚消化菌和硝化菌是自养菌，硝化过程需要有较高质量浓度的溶解氧和较低质量浓度的有机物。SBR的曝气反应过程，反应器内溶解氧质量浓度较高，而基质质量浓度已大幅度下降，废水中的氨氮在有机物去除的基础上完成硝7 第二章SBR污水处理工艺介绍化过程。反硝化过程是由兼性菌或厌氧菌完成，硝酸盐作为电子受体，各种碳水化合物作为电子供体进行无氧呼吸，在有机物被氧化分解的基础上将硝酸盐氮还原成氮气逸出。SBR工艺的时间序列性和运行条件上的较大灵活性为其脱氮除磷提供了得天独厚的条件，即SBR工艺在时间序列上提供了缺氧(DO=0，NOx>O)、厌氧(DO=0，NOx>O)和好氧(DO>0)的环境条件，使缺氧条件下实现反硝化，厌氧条件下实现磷的释放和好氧条件下的硝化及磷的过度摄取，从而有效地脱氮除磷。(4)操作简单，易于实现自动监测、遥控操作和自动运行操作复杂曾经是SBR法的致命弱点，但随着各种传感器、微处理器和自动执行机构的投入使用，SBR在操作运行已不再需要很多人工操作和操作人员的关注。(5)SBR法可以有效防止污泥膨胀。SBR法在反应阶段是理想的推流状态，即底物的质量浓度梯度大，使F／M梯度也达到最大的理想，SVI值更低，污泥不易膨胀。在缺氧或厌氧与好氧状态交替变化的条件下，有利于菌胶团细菌的增殖，能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，且对多数微生物不会产生不利影响。SBR法具有理想推流状态与快速降解有机物的特点，使它在污泥龄较短的条件下，能满足出水质量要求，而污泥龄短又使剩余污泥的排放速率大于丝状菌的增长速率，丝状菌无法大量繁殖。因此，SBR法中的限制曝气更不容易出现污泥膨胀。(6)对水量、水质变化的适应性强，有机物去除率高SBR系统是一种封闭系统，反应器中基质和微生物浓度是随时间变化的，在废水和生物污泥接触混合及曝气反应过程中，废水中基质的去除应由反应时间来决定。SBR是理想的推流式反应器，耐冲击负荷且处理有毒或高浓度有机废水的能力强，同时还具有生化反应推动力大的优点。间歇式进水和排水有调节缓和冲击负荷的作用，使SBR系统运行稳定。一些废水间歇排放且流量很小，或者水质波动极大，此时采用SBR法易取得良好的效果。(7)运行灵活运行周期、运行方式可以根据需要调整是SBR法的一个显著特点。在一个运行周期中，各阶段的运行时间、反应器内的混合体积可以灵活地加以调整。在反应阶段，如先曝气、后搅拌或搅拌曝气交替进行，可以进行生物脱氮。还可以利用活性污泥对磷的过量吸收，然后排放剩余污泥来达到脱磷的目的。如此灵活的运行，在传统的活性污泥法巾是难以在一个反应器巾实现的。2．4SBR系统的适用范围由于上述技术特点，SBR系统进～步拓宽了活性污泥法的使用范围。就近期的技术条件，SBR系统更适合以下情况：8 青岛大学硕士学位论文1)中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。2)需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机’物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。．3)水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。4)用地紧张的地方。5)对已建连续流污水处理厂的改造等。6)非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。2．5SBR设计要点2．5．1运行周期的确定SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。充水时间(t、，)应有一个最优值。如上所述，充水时间应根据具体的水质及运行过程中所采用的曝气方式来确定。当采用限量曝气方式及进水中污染物的浓度较高时，充水时间应适当取长一些；当采用非限量曝气方式及进水中污染物的浓度较低时，充水时间可适当取短一些。充水时间一般取1～4h。反应时间(tR)是确定SBR反应器容积的一个非常主要的工艺设计参数，其数值的确定同样取决于运行过程中污水的性质、反应器中污泥的浓度及曝气方式等因素。对于生活污水类易处理废水，反应时间可以取短一些，反之对含有难降解物质或有毒物质的废水，反应时间可适当取长一些。一般在2～8h。沉淀排水时间(tS+tD)一般按2"-"4h设计。闲置时间(tE)一般按2h设计。一个周期所需时间tC≥tv+tR+tS+tD+tE周期数n---24／tC2．5．2反应池容积的计算假设每个系列的污水量为q，则在每个周期进入各反应池的污水量为q／n·N。各反应池的容积为：V≥q／n·N+(1-m)V其中，V：各反应池的容量1／m：排出比n：周期数N：每一系列的反应池数量q：每一系列的污水进水量(设计最大日污水量)(m3／d)9 第二章SBR污水处理工艺介绍2．5．3曝气系统序批式活性污泥法中，曝气装置的能力应是在规定的曝气时间内能供给的需氧量，在设计中，高负荷运行时每单位进水BOD为0．"5,--,1．5kg02／kgBOD，低负荷运行时为1．5～2．5kgOjkgBOD。‘在序批式活性污泥法中，由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀，曝气装置必须是不易堵塞的，同时考虑反应池的搅拌性能。常用的曝气系统有气液混合喷射式、机械搅拌式、穿孔曝气管、微孔曝气器，一般选射流曝气，因其在不曝气时尚有混合作用，同时避免堵塞。2．5．4排水系统(1)上清液排出装置应能在设定的排水时间内，活性污泥不发生上浮的情况下排出上清液，排出方式有重力排出和水泵排出。(2)为预防上清液排出装置的故障，应设置事故用排水装置。(3)在上清液排出装置中，应设有防浮渣流出的机构。序批式活性污泥的排出装置在沉淀排水期，应排出与活性污泥分离的上清液，并且具备以下的特征：11)定量排水。应能既不扰动沉淀的污泥，又不会使污泥上浮，按规定的流量排出上清液。2)追随水位的性能。为获得分离后清澄的处理水，集水机构应尽量靠近水面，并可随上清液排出后的水位变化而进行排水。3)可靠性。排水及停止排水的动作应平稳进行，动作准确，持久可靠。排水装置的结构形式，根据升降的方式的不同，有浮了式、机械式和不作．丁|．降的固定式。2．5．5排泥设备设计污泥干固体量=设计污水量×设计进水SS浓度×污泥产率／1000在高负荷运行(0．1--。0．4kg·BOD／kg-SS·d)时污泥产量以每流入lkSS产生l蚝计算，在低负荷运行(0．03"～0．1kg—BOD／kg-SS·d)时以每流入1趣SS产生O．75k计算。在反应池中设置简易的污泥浓缩槽，能够获得2～3％的浓缩污泥。由于序批式活性污泥法不设初沉池，易流入较多的杂物，污泥泵应采用不易堵塞的泵型。2．6SBR设计需特别注意的问题2．6．1主要设施与设备10 青岛大学硕士学位论文1)设施的组成本法原则上不设初次沉淀池，本法应用于小型污水处理厂的主要原因是设施较简单和维护管理较为集中为适应流量的变化，反应池的容积应留有余量或采用设定运行周期等方法。但是，对于游览地等流量变化很大的场合，应根据维护管理和经济条件，研究流量调节池的设置。2)反应池反应池的形式为完全混合型，十分紧凑，占地很少。反应池形状以矩形为准，池宽与池长之比大约为l：1～l：2，水深4"-"6米。反应池水深过深是不经济的，理由如下：①如果反应池的水深大，排出水的深度相应增大，则固液分离所需的沉淀时间就会增加。②专用的上清液排出装置受到结构上的限制，上清液排出水的深度不能过深。同样，反应池水深过浅也是不希望的，理由如下：①在排水期间，由于受到活性污泥界面以上的最小水深限制，上清液排出的深度不能过深。②与其他相同BOD---SS负荷的处理方式相比，其优点是用地面积较少。反应池的数量，考虑清洗和检修等情况，原则上设2个以上。在规模较小或投产初期污水量较小时，也可建一个池。3)排水装置排水系统是SBR处理工艺设计的重要内容，也是其设计中最具特色和关系到系统运行成败的关键部分。目前，国内外报道的SBR排水装置大致可归纳为以下几利-：(1)潜水泵单点或多点排水。这种方式电耗大且容易吸出沉淀污泥；(2)池端(侧)多点固定阀门排水，由上自下开启阀门。缺点操作不方便，排水容易带泥；(3)使用专用设备——滗水器。滗水器是是一种能随水位变化而调节的出水堰，排水口淹没在水面下一定深度，可防止浮渣进入。理想的排水装置应满足以下几个条件：①单位时间内出水量大，流速小，不会使沉淀污泥重新翻起；②集水口随水位下降，排水期间始终保持反应当中的静止沉淀状态；③排水设备坚固耐用且排水量可无级调控，自动化程度高。在设定一个周期的排水时间时，必须注意以下项目：①上清液排出装置的溢流负荷——确定需要的设备数量； 第二章SBR污水处理工艺介绍②活性污泥界面上的最小水深——主要是为了防止污泥上浮，由上清液排出装置和溢流负荷确定，性能方面，水深要尽可能小；⑧随着上清液排出装置的溢流负荷的增加，单位时间的处理水排出量增大，可缩短排水时间，相应的后续处理构筑物容量须扩大；④在排水期，沉淀的活性污泥上浮是发生在排水即将结束的时候，从沉淀工序的中期就开始排水符合SBR法的运行原理。2．7SBR技术的发展SBR工艺近30年的发展，派生出了多种方法：间歇式循环延时曝气活性污泥法(ICEAS．IntermittentCyclicExtendedSystem)是在1968年由澳大利亚新威尔士大学与美国ABJ公司合作开发的。1976年世界上第一座ICEAS工艺污水厂．投产运行。典型的ICEAS反应器由横跨反应池的隔板隔成两个区域，即进水的预反应区和反应器主体的主反应区。污水连续不断地进入预反应区，污水中大量的有机物很快被该区域的微生物所吸附，对进水水质、水量、pH和难降解物质具有巨大的缓冲作用，提高了整个系统的效率。经初步吸附的废水和污泥通过隔板底部的连接口进入主反应区接受进一步生物处理。无需闲置阶段，整个反应池内不断经历着好氧。缺氧．厌氧周期变化过程。故ICEAS工艺无需设置调节池，对小型工程可以只设一个反应池，与SBR工艺相比更具有灵活性，工艺更为简捷，控制系统也较为简单、可靠。。=塑擎主厦{堑医捞量度区／，，．．"，●●●《．．，：．．．‘‘：·．’，-乙··?●t≯．。，’，·，。●●L．’。·．_●●●-一!I-●曝气反应避程‘挥泥l魏主霞应区：≥：∥塑纽匠／弋番：冀瓣蹈藩：疑‰4一■t』：二一一!辩水过程。一污冕国蓖烹爱应区臻麓废区／一●：‘<。，T·龟?：，黪：籀：疑；：：t：1．·!：．：静置琏程．一荐娓圄菇生厦应区挣厦应匠，／7J《"撵始藩≯t竺gL·F：一‘!捧水结束图2．2ICEAS工艺工作过程循环式活性污泥法(CASS-CyclicActivatedSludgeSystem或CAST，CASP工艺)是Goronszy教授在ICEAS工艺的基础上开发出来的，是SBR工艺的一种新形式。将ICEAS的预反应区用容积更小，设计更加合理优化的生物选择器代替。通常CASS池分三个反应区：生物选择器、缺氧区和好氧区，容积比一般为1：5：30。该工艺12 青岛大学硕士学位论文连续进水，间断排水，其运行过程包括充气．曝气、充气-泥水分离、上清液排除和充气．闲置四个阶段组成一个运行周期。不同的运行阶段和运行方式可根据需要进行调整。如无反应充水(即进水时既不曝气也不搅拌)，；无曝气充水混合，充水曝气及不进水曝气污泥固瀛jo’●，．_’o．．L’‘●。‘●’．●，～’⋯t，一』j●‘．。t：!二二·0±一’疆气反应过程}泥固潭Ir一≯—IT●‘’．?髦嚣j一·．?；·一．：二：。●蕾l‘●童二‘一4．-ii诧固漉上Tt·-●!髦蕊j—L褒-二一：二暑?：■歹1j：--注三■L静置过程；i泥目潭上。‘●鬻镶杰●‘：雹笔●--捧水过程捧求结束图2．3CASS工艺工作过程好氧间歇曝气系统(DAT．IAT．DemandAerationTank．IntermittentTank)是SBR工艺中，继ICEAS、CASS法之后完善发展的又一种新方法。主体构筑物是由需氧池DAT池和间歇曝气池IAT池组成，DAT池连续进水连续曝气，其出水从隔板底部孔连续进入IAT池，IAT的工作过程由曝气、沉淀、排水和排除剩余污泥等工序组成，其工作过程与SBR类似。空气空Ic污泥匿i麓莲床{DATIAo．．．．．’●。．乞．乙●?●．，．‘．。-●●一●．■●"污茏目潭／’一●4掌‘t％?≥!“．0：．●§惫i：●、’。‘．●：。：毫3一●●¨．o。J·●．：一一4’0●一静置泣程空气污泥国：暮DATIAo●●‘●磅●’一●：‘：：!囊-：-●L!一=二—一一J撵水过程．⋯．．掺水结柬图24DAT．IAT工艺工作过程13 第三章现场总线概述3．1现场总线的定义现场总线是一种连接智能现场设备和自动化系统的全数宁化、双向传输、多分支结构的串行通信网络。国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission，IEC)IEC61158标准将其定义为“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线”。其叶1，“生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。现场总线也可以叫做通用现场通信系统。信息传输的范围已远远超出了4—20mA传统信号的限制，分布式智能系统需要用面向用户或应用的方式确定设备问的通信。它必须满足现代工业过程测量和控制系统(IPMCS)的伞部要求，即具有高度的灵活性和适用性。【!竺==I图3—1现场总线在自动化系统r『1的位置32现场总线的特点(1)封闭的物理过程现场总线作为整个通信构架的最底层，将传感器、执行器以及各种设备与控制系统连接起来，独立传输二进制或毛囊信号。这些传感器和执行器直接安装在物耻过程上。随着技术的发展，现场总线逐渐在基于模拟信号的物理过程和基于数‘，信 青岛大学硕士学位论文号的控制领域之间建立了边界，产生了许多专业化的解决方案，如ASI，CAN等，这些解决方案统称为“传感器／控制器总线”。连接于过程中的设备集成了越来越多的智能，并需要由一个更通用的通信系统进行传输服务，而且这种传输服务必须是适时的、不损失初始控制信息的。(2)更大的覆盖范围“现场"这个词也意味着更大的延伸性。10m以下的总线属于并联或专用系列总线，现场总线覆盖范围应在100---5000m之间，属于千米尺度以串行通信为主的总线。(3)设备的数量、价格现场总线的概念与传统4．-,20mA控制环路有明显的区别，一条总线可连接的设备量在十至几百台之间。在一个工厂中可能有10个或更多的总线段连接在一起，连接上千台设备。因此，现场总线是一种将许多简单设备组成一个复杂系统的技术，并且需要低价位的连接接口。(4)实时性操作现场总线通信系统通常是自动化过程中控制的核心部分，必须遵守由控制系统提出的时间限制，其基本的功能是可预期的存取时间和可预期的传递时间。另外，还应具有在突发事件的情况下为过载传输提供阻抗的功能。(5)传输的完整性、有效性由于这种传输系统是连接生产过程的唯一物理途径，传输必须可靠。现场总线至少应具有：·传输完整性。未知出错率低于每20年一次。·冗余能力。如使用双介质或双总线。●传输验证。(6)用户可选择的服务可满足不同方面多种需求的应用，如优先权、服务完整性、时间性能以及网络拥塞的恢复能力。这意味着服务和服务的性能对于用户(或应用)来讲，应是可选择的。对于给定的现场设备，钊‘对不同的应用，必须达到不同的质量要求。因此，现场总线必须支持远程组态功能，以便选择适当的通信质量和适当的本地应用。(7)集成、开放结构除了满足传统的客户服务外，现场总线应支持分布式时间循环结构，并通过变量进行交换，这些变量构成了一个实时更新的共享数据库。(8)严酷环境条件15 第三章现场总线概述由于现场总线靠近生产过程，面对的是苛刻的和特殊的环境条件，因此，现场总线应经受得住这样的环境，并且不受高的电磁干扰的影响。干扰水平为IEC801．x标准的严酷程度3及由EEC指南89／336实施标准(CE标志)。现场总线的核心是总线协议。总线协议技术是系统的，应用于不同的领域之中，每一类总线都有最适用的领域。对于各类总线而言，其核心是各类“总线协议"，而这些协议的本质就是标准。各种总线，不论其应用于什么领域，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑，能够形成系统，形成产品。因此，一种总线，只要其总线协议一经确立，相关的关键技术与有关的设备也就被确定了。3．3PROFIBUS现场总线技术PROFIBUS总线是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开发的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已经成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。PROFIBUS技术1987年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发，1989年批准为德国工业标准DIN19245，1996年批准为欧洲标准EN50170V．2(PROFIBUS．FMS／-DP)，1998年PROFIBUS．PA批准纳入EN50170V．2，1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分(TypeIII)，2001年批准成为中国的行业标准JB／T10308．3．2001。2006年10月16日，中国国家标准化管理委员会审核通过了“PROFIBUS规范成为中国国家标准(GB／T20540．2006)"，是中国唯一批准的现场总线国家标准。1985年组建了PROFIBUS国际支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用户组织(PNO)。甘前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线(PROFIBUS)专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的实验室。目前PROFIBUS总线已经覆盖了制造业自动化、楼宇自动化和过程自动化等多个自动化领域。PROFIBUS根据应用特点分为三个类型：·PROFIBUS．DP(DecentralizedPeriphery)：主站和从站之间采用轮循的通信方式，数据传输速度高，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。使用PROFIBUS．DP模块可取代价格昂贵的24V或0～20mA并行信号线。●PROFIBUS．PA(ProcessAutomation)：电源和通信数据通过总线并行传输，专为过程自动化设计，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通信。可使传感器和执行机构连在一根总线上，并有“本质"安全规范。16 青岛大学硕士学位论文●PROFIBUS．FMS(FieldbusMessageSpecification)：定义了主站和主站之间的通信模型，数据传输速度等，主要用于自动化系统中系统级和车间级的：过程数据交换。．3．4PROFIBUS技术的特点(1)开放性PROFIBUS是一个完全开放的、与制造商无关的、无知识产权保护的现场总线标准，全球有超过250家公司可以生产超过2000种支持PROFIBUS的系统和设备。PRoFIBUS的开放性保证了不同制造厂商的产品的互连。(2)可靠性截至2006年初，PROFIBUS全球的安装结点已经超过1500万个，大大高于其他现场总线系统。PROFIBUS的可靠性表现在以下几个方面：·PROFIBUS总线上的数据传输是完全基于数字信号实现的，这样可以大幅提高信号传输过程中的抗干扰能力；·采用PROFIBUS总线直接连接现场智能设备，可以减少大量接线点，减少了由于接线不牢或接线不规范引起的故障；·PROFIBUS连接智能设备，减少了A／D转换的环节，提高了自动化系统的采集精度，为精确控制提供保障；·PROFIBUS上各设备的连接非常简单，并可以通过专用剥线工具和PROFIBUS接头，减少接线风险。同时PROFIBUS接头可以保证总线上任何一个结点故障不影响系统通信；·支持冗余总线系统，提高系统可靠性。(3)可扩展性采用PROFIBUS总线结构的控制系统，扩展非常方便灵活：·拓扑结构灵活，可以支持总线型、星状、树状、冗余环状等多种拓扑结构；·支持光纤和双绞线作为通信介质，采用多模光纤时，两个光电模块间的距离可达3km，采用单模光纤时，两个光电模块间的距离可达26km，采用双绞线不加中继的最远通信距离可达lkm，采用中继时最远可达9l∞；·一条PROFIBUS．DP总线最多可以连接123．个DP从站，所有满足PROFIBUS．DP通信规约的设备都可以连接到系统中。目前全球有超过1200家公司可以生产2000种支持PROFIBUS的产品，因此具有很强的开放性和可扩展性：·提供多种接口设备，用于将冗余DP总线转换成单DP总线和将冗余DP总线转换成PA总线，可以将DP总线转换成ASI总线等，非常便于扩展；17 第三章现场总线概述·PROFIBUS同时可以支持PROFIsafe协议，一条总线上既可以传输标准数字信号，又可以同时传输故障安全的信号；·提供可用于危险领域的接口模块，可以支持在危险区域的应用。(4)实时性采用PROFIBUS总线的系统具有很高的实时性，这是由PROFIBUS总线系统的数据传输速率高所决定的。PROFIBUS．DP总线的传输速率可达12Mb／s，是目前通信速率最高的现场总线。3．5PROFIBUS协议结构3．5．1PROFIBUS协议模型与IOS／OSI参考模型的关系PROFIBUS现场总线可以将数字自动化设备从底级(传感器／执行器)到巾间执行器(单元级)分散开来。通信协议按照应用领域进行优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。对比ISO／OSI协议模型，PROFIBUS协议只包含第1层、第2层和第7层。移一⋯’，z，。j一“+；。’≥用，o屡缀一：，m÷}’二荔出羽翰7fFMS》{、}、媛7)耋自象彩§§么，；自锄彩旒疡荔荔：荔磊编a§缀貔施盔￡网乞3-6|Z皋挺豫络麓∥：馥据臻路彦4獬黝iii嚣鄹辫一麓⋯纛壤j蕤‰熬撰麓．。施g缴锄￡瑟觞荔磊彩；‘n纰兹j，o。_。瀚ISO／OSI模型PROFIBVS协议模型图3．2ISO／OSI参考模型与PROFIBUS体系结构的对比(1)第l层第l层(PHY)规定了线路媒体、物理连接的类型和电气特性。PROFIBUS通过采用差分电压输出的RS．485实现电流连接。在线型拓扑结构下采用双绞线电缆，树状结构还可能用到中继器。(2)第2层第2层的MAC子层描述了连接到传输媒体的总线存取方法。PROFIBUS采用一利t混合访问方法。由于不能使所有设备在同一时刻传输，所以在PROFIBUS主站18 青岛大学硕士学位论文设备之间使用令牌的方法。为使PROFIBUS从站设备之间也能传递信息，从站设备由主站设备循环查询。第2层的现场总线链路控制(FLC)子层规定了对LLI有效的第2层服务。提供SAP的管理与LLI相关的缓冲器。第2层的现场总线管理(FieldBusManagementLayerland2，FMAl／2)完成第2层特定总线参数的设定和第1层参数的设定，它还完成这两层出错信息的上传。FLC和LLI之间的SAP可以通过FMAl／2激活或撤销。此外，第1层和第2层可能出现的错误事件会被传递到更高层(FMA7)。(3)第3“层第3“层在PROFIBUS中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成在LLI中。例如，包括连接监控和数据传输的监控。(4)第7层第7层的LLI将FMS的服务映射到第2层的FLC子层的服务。除了上面已经提到的jl{【控连接和数据传输监控，LLI还检查在建立连接期间用于描述一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在LLI中选择不同的连接类型，主一主连接或主一从连接。数据交换既可以是循环的，也可以是非循环的。第7层的FMS子层将用于通信管理的应用服务和用于用户的用户数据(变量、域、程序、事件通告)分组。借助于此，才可能访问一个应用过程的通信对象。FMS主要用于协议数据单元(PDU)的编码和译码。与第2层类似，第7层也有现场总线管理(FMA7)。FMA7保证FMS和LLI子层的参数化，以及总线参数向第2层的FMAl／2传递。在某些应用过程中，还可以通过FMA7把各个子层的事件和错误显示给用户。(5)应用层接口位于第7层之上的应用层接U(ALI)构成了到应用过程的接口。ALl的目的是将过程对象转换为通信对象。转换的原因是每个过程对象都是由它在所谓的对象宁典中的特性(数据类型、存取保护、物理地址)来描述的。3．5．2PRoFIBUS协议结构PROFIBUS协议的结构定向是根据IS07498国际标准以OSI为参考模型的19 第三章现场总线概述封■⋯“●Ⅲ㈨Ⅲ“Jt图3_3PROFIBUS协议结构PROFIBUS．DP使用第l层、第2层和用户接u，第3层到第7层未加以描述，这种结构确保了数据传输的快速和有效，直接数据链路映像(DirectDataLinkMapper，DDLM)提供易于进入第2层的用户接ra，用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以调用的应用功能，并详细说明了各种PROFIBUS．DP设备的设备行为，还提供了传输用的RS-485或光纤传输技术。PROFIBUS—FMS第l、2、7层均加以定义，应用层包括现场总线信息规范FMS和LLI。FMS包括了应用协议．并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务；LLI协调了不同的通信关系，弗向FMS提供不依赖设备访问第2层。第2层现场总线数据链路FDL可完成总线访问控制和保持数据的可嚣件，它还为PROFlBUS—FMS提供了RS．485或光纤传输技术。PROFIBUS．PA数据传输采用扩展的PROFIBUS．DP协议，还使用了描述现场设备行为的行规。根据IEC1158．2标准．这种传输技术可确保其“本质”安全性，并使现场设备通过总线供电。使川段耦台嚣，PROFlBUS-PA设备能方便地集成到PROFlBUS．DP网络中。PROFIBUS．DP和PROFIBUS．FMS系统使用r同样的传输技术和统一的总线访问协议，因此这两套系统可以在同根电缆上『刊时操作。36PROFIBUS传输技术在IOS／OS[参考模型巾，第1层定义“物理的”(【!|】电气的和机械的)数据传输方法。这里包括编码类型和所使刖的传输标准(例如，RS一485)。不Ⅲ的PROFIBUS传输技术(物理层)所描述的设备接口的物理的、电气的和光的特性【}l有所差异，如表3—1所小。所有传输技术都基于同际标准，并包含在IEC61158平¨IEC61784的PROFIBUS部分中。20 青岛大学硕士学位论文表3．1PROFIBUS的传输技术(物理层)MBPRS-485光纤数字，：比特同步曼彻斯特编数字，差分信号符合RS485，．二数据传输光，数字，NRZ码NRZ(不归零)传输速率(kb／s)31．259．6～120009．6~12000前同步码，出错保护，起始／}D=4，奇偶校验比特，起始HD=4，奇偶校验比特，起始数据安全性／终止定界符，终止定界符终止定界符屏蔽，双绞铜缆，电缆类型多模玻璃光纤，单模玻璃光电缆屏蔽，双绞铜缆A纤，PCF，塑料远程馈送通过信号线可用(可选)通过附加线可用通过混合线可用保护类型本质安全(EEXia／ib)无带终端器的线型和树型拓典型的星状和环状拓扑，也拓扑带终端器的线型拓扑扑，组合型可以线型每段最多32个，每个网络上不用中继器时每段最多32站的数量每个网络上最多126个最多126个个；用中继器时最多126个有信号刷新，最多9个中继无限制，有信号刷新(信号巾继器的数量最多4个巾继器器的时间延迟)3．6．1RS．485传输技术RS．485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术。它使用屏蔽双绞铜质电缆，共用一个导线对，主要用于需要高传输速率的任务，是一利一简单的、低成本的传输技术。RS．485传输技术容易使用，安装电缆无须专门知识。总线结构允许随时增加或拆除站或逐步投运而不影响其他的站。后来是扩展(在定义的限制内)也不影响已经投入运行的站。(1)RS．485的特性可以在9．6kb／s-12Mb／s之间选择各种传输速率。投运系统时，在总线上的伞部设备均需选用同一传输速率。最多可以连接32个站(每个总线段)厂·可允许的最大总线长度取决于传输速率，如表3．2所示。表3—2RS．485传输速率与A型电缆的距离l传输速，卒(kb／s)9．6：19．2；45．45；93．75187．550015003000；6000；12000I距离／段(m)1200lOoo400200100l(2)电缆和连接器21 第三章现场总线概述针对不同的应用场合，市场上有不同类型的电缆(类型A~D)可供使用，既可以用于设备与设备之间的连接，也可用于设备与网络元件(如段耦合器、连接器和中继器)之间的连接。当使用RS．485传输技术时，PI(PROFIBUS国际组织)推荐使用A型电缆。市场上可供应的连接器支持在连接器中直接连接引入数据线和导出数据线，这样可以避免使用短接线，并可随时在总线上连接或断开总线连接器，且不会中断数据通信。适用于RS．485传输技术的连接器类型取决于保护等级。9针D型连接器主要用于保护等级为IP20的区域。对于保护等级IP65／67，有三种通用连接器可供选择：●M12圆形连接器，符合IEC947．5．2；·Han．Brid连接器，符合DESINA建议；·SIEMENS混合连接器。3．6．2符合MBP的传输MBP作为传输技术具有下列属性：●曼彻斯特编码(M)；●总线供电(BP)。MBP是使用固定传输速率31．25kb／s和曼彻斯特编码的同步传输技术。这种传输技术通常用于过程自动化领域，因为它能满足化学工业和石油化工业的特殊要求，即使用双线技术的本质安全和总线供电。(1)MBP连接技术本质安全传输技术MBP通常被限定于工厂的一个特定的总线段(现场设备在危险区域)，然后通过段耦合器或链接器，把此段总线链接到RS．485总线段(在控制室内的控制系统和工程设备)。段耦合器是一个信号转换器，它把RS一485信号调制成MBP信号电平，反之亦然。从总线协议的观点看这些都是透明的。相反，链接器有它自己内在的智能，它把与MBP总线段连接的所有现场设备映像为RS-485总线段巾的单个从站。当使用链接器时，对于RS一485，总线段中使用的传输速率没有限制，所以使用MBP连接的现场设备也可以实现快速网络。(2)MBP的网络拓扑使用MBP传输技术时，PROFIBUS支持树状或线型(或二者的结合)结构的网络拓扑。在线型结构中，使用T型连接器将站连接到主干电缆。树状拓扑与传统的现场安装方法是可以比较的。多心主电缆由双线主电缆代替，仍然保留现场分配器连接 青岛大学硕士学位论文现场设备和检测总线终端其阻抗的功能。当使用树状拓扑时，连接到现场总线的所有现场设备都并行地布线在现场分配器中。在所有情况下，计算总线总长度时都必须把最大允许的短接线长度考虑进去。在鼍本质"安全的应用中，短接线的最大允许长度为30m。(3)传输介质使用屏蔽双线电缆作为传输介质。使用MBP技术时，不正确地连接现场设备(如极性颠倒)不会影响总线的功能，因为这些设备通常具有极性自动检查功能。(4)站数和总线长度可以连接到一个总线段上的站数限制为32。然而，实际可连接的站数还要根据所选择的保护类型和总线供电能力来确定。在“本质’’安全网络中，最大反馈电压和最大反馈电流被规定在严格的限度内。即使对“非本质”安全网络，供电装置的输出也是有限制的。作为确定最大总线长度的首选原则，要充分计算所连接的现场设备的功率需求、指定供电装置及所选电缆类型的总线长度。所需电流(=∑功率需求)包括连接在各个总线段中现场设备的基本电流之和，以及为每个总线段预留的9mA，此预留的电流是用于FDE(FaultDisconnectionEquipmem)的运行电流。FDE预防有故障的设备长久地中断总线。3．6．3光纤传输技术PROFIBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体，以增加高速传输的距离。许多厂商提供专用总线插头可将RS．485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成RS．485信号。这就为在同一系统上使用RS．485和光纤传输技术提供了一套方便的开关控制方法。 第四章污水处理控制系统的设计第四章污水处理控制系统的设计污水处理厂的污水处理工序中，控制好各种水质参数对水的净化处理极为重要。处理过程要求对污水处理厂进水流量、进水固体悬浮物浓度、进水pH值、进水温度、溶解氧(DO)浓度、出水余氯、出水生化需氧量(BOD)等多个模拟量进行采集、显示、存储、打印，另外还要求对各水泵等开关量进行检测和控制。因此，污水处理控制系统的设计涉及到的参数及环节比较多。城市污水处理复杂的工艺环节决定了控制对象既有开关量又有模拟量，既有顺序控制又有实时控制，既有开环控制又有闭环控制。在系统运行期间有大量的参数需要加以检测和控制，而且各种设备的地理位置相隔都比较远，地理上分散分布，提高了对控制系统的要求。4．1控制系统方案设计4．1．1污水处理厂网络选择与普通的办公自动化网络相比，用于工业控制，尤其是现代大型工业环境中的通讯网络，要求有高实时性、高可靠性、故障下的高负荷和传输负荷的相对稳定性。当前适用于工业应用的网络主要有DCS局域网络、工业以太网、现场总线网络三种。采用何种网络，很大程度上取决于应用需要，如网络大小，数据量，节点数，扩展能力等。在采用DCS集散型控制系统的污水处理厂，各J‘家的系统网络大多按各制造J‘自身的通讯协议工作，影响了综合自动化系统的完整性与可靠性，开放性和可扩充性都较差。工业以太网是一种能够遵循IEEE802．3国际标准，开放式、多供应商、高性能区域和单元级的网络。工业以太网能够以高达100Mbit／S的速度实现广泛的、开放的网络解决方案。其特点为：启动快速(简化了网络连接)，灵活性大(现有设备可以不受影响地随时扩展)，可靠性高(采用了冗余的网络拓扑结构)，无限的通信性能(使用交换技术可根据用户需求提供可伸缩的性能)，覆盖极为广泛的企业应用(可从办公室到生产现场)，在整个公司范围实现通信(以太网可连接到广域网)，投资可靠(该系统不断得到进一步开发，而且完全向下兼容)。以太网中可以采用同轴网络、双绞线网络和光纤网络。当采用双绞线网络时，网络最大可扩展1400米，两个网络节点间的最大距离为100米。PROFIBUS(德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170)在较大范围内己经取得了用户和制造商的认可。由于PROFIBUS．DP的开放性，它能连接不同制造24 青岛大学硕士学位论文厂商的标准部件。EN50170标准保证投资在现在和将来都能得到保护。在世界范围内，已有多于250家制造厂商能够提供种类繁多的带PROFIBUS．DP接口现场设备。总线上最多可挂接126个站点。传输速率为9．6kb／S~12Mb／s，其最大传输距离在12Mbps时为lOOm，1．5Mbps时为400m，可用中继器延长至10Kin。传输介质可以是双绞线、光缆。可实现总线供电与本质安全防爆。另外，西门子公司设计了适用于车间级和现场级的，小范围的MPI(MultiPointInterface)网络连接方式，采用RS．485标准，传输波特率为187．5kb／s。由于西门子PLC的CPU都内置有MPI接口，可以方便地和带MPI卡的PC机连接，而不需增加额外的通讯模块，可以大大降低成本。但其只能进行少量数据的通讯，当网络较大，如有多个控制站时，网络负载将很大，会出现通信拥塞，引起数据冲突。MPI、-I-业以太网和PROFIBUS现场总线网络的性能价格比见图4．1。从图中可以看出，现阶段控制系统网络选择PROFIBUS现场总线网络，能够达到较高的性能价格比。但是，为了满足工业控制对可靠性的苛刻要求，现场总线不是简单采用多机冗余方式提高可靠性，而是通过修改传统网络通信协议和介质访问控制方式、增加抗干扰信息位、改善错误校验方式以及采用专门抗干扰设计的硬件通信接口等手段来实现。这种可靠性的提高是以适当降低通信速率为代价的，在系统规模大时，就会出现严重的数据冲突现象，报文重发次数增多，网络通信效率降低，出现可靠性和实时性的矛盾。若能够将现场总线网络和以太网结合，每个测控单元内为现场总线网络，在每个测控单元内负载并不重；主干网为以太网，当信息传送到主干网，由于主干网带宽很宽，则不太会出现重负载，此时传输效率就非常高。而且采用以太网作为主干网后，非常容易使整个系统与企业内部局域网INTRANET和广域网(如INTERNET相连)，可以实现管控一体化。但是，现阶段实现现场总线网络+以太局域网+国际互联网的系统投资成本太大，经济效益太低。图4．1MPI、工业以太网和PROFIBUS现场总线网络的性能价格比25 第四章污水处理控制系统的设计经过综合比较，和污水处理厂实际应用需要，选择PROFIBUS现场总线网络作为上位机(IPC)和下位机(PLC)之间的通信网络。同时，因为现场总线控制系统对现场自动化设备的要求较高，而现阶段由系列智能节点构成统一的现场总线系统价格昂贵且难以实现，所以由PLC、PC和现场总线组成与现场总线控制系统(FCS)相兼容的系统是比较现实和经济的，并且能适应今后控制系统的扩展。4．1．2污水处理厂PROFIBUS网络配置在本课题研究的污水处理厂自动控制系统中，选用PROFIBUS．DP的电气网络配置形式。将上位监控的工控机、污水泵站PLC、曝气过程PLC、排泥系统PLC，作为主动站。将污水泵站中的软启动器，曝气过程中的变频器以及工艺中应用的智能传感器和外围I／O设备，作为从动站。总线节点(主或从设备)采用IM／CP接口或集成接口的R卜485端予和PROFIBUS．DP网络连接。由于在PROFIBUS电气网络中，根据数据传输速率不同每段的最大长度不同(具体数据见表1)，污水处理厂的站点之间相距较远，所以在网络中要采用RS．485总线中继器来连接各段。网络拓扑结构根据厂区实际地理分布可为总线型或树型。网络配置情况如图4．2图4．2污水处理厂PROFIBUS电气网络配置1．上位监控IPC：IPC上安装WinCC或其它监控软件，用来向用户提供如工艺流程图．显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图生成、窗口技术及生产管理等26 青岛大学硕士学位论文多种功能，提供良好的人机界面。IPC和PROFIBUS网络有两种连接方式。一种是采用专用的CP5613通信模板及通信软件，来实现与PROFIBUS网络通信。CP5613是短PCI卡j用于WIN95／NT4．0下。上有9针D插座，通过总线连接器或总线终端和PROFIBUS总线电缆连接。CP5613是作为DP主站运行的，它将过程图象(输入、输出、诊断数据)存储在DPRAM内(CP上的存储区)。CP5613的硬件自律地处理高性能数据传输。用户直接存取DPRAM。从站的过程数据总是一致的，即用户从相同的DP周期得到数据。但是使用专用的通信卡和专用通信软件，会使成本数倍甚至几十倍的升高。第二种方法是利用IPC上的异步串行通信适配器，经过RS232／485总线转换器，连接到网络上，用户按照协议规定编写自己的通信程序。这种方式可以降低系统成本。如果选用研华工控机，则配套的研华ADAM4520远程通讯转换模块，能够方便地实现将RS．232信号转换为RS．485信号。2．PG：编程器采用编程器DP接口与PROFIBUS总线相接。使用高性能工具如STEP7和COMPROFIBUS对I／O设备进行组态和参数化，通过STEP7，可修改系统中任一点的用户程序。从系统中的任何点都能进行组态、启动和故障定位。3．污水泵站PLC、曝气池PLC、排泥PLC：PLC通过CP5430通信处理器模板和网络连接，需要直接调用通信模板中的数据管理功能块(DHB)来编写通信程序，用户必须先对通信模板初始化，然后设置PLC的发送数据区、接收数据区，最后编写初始化、发送、接收功能程序模块。4．智能软启动器、智能变频器：变频器选用西门子6SE70型，通过CBl5通讯模板和PROFIBUS网络相接。CBl5模板具有一DP接U，能对总线信号进行光电隔离，并有短路保护，通过双口RAM与变频器进行数据交换。软启动器选用TGSIR智能化电机软启动器，采用IMl83．1模板和PROFIBUS网络相接。IMl83．1是将第三方设备做为智能从设备连接到PROFIBUS．DP，提供RS一485和RS．232接口，与主机通信是经过引到连接编织带电缆的地址和数据总线实现的。在硬件连接好后，要用STEP7或COMPROFIBUS对网络组态，网络中所有站都设置相同数据传输率，从站地址单一赋值。在STEP7中，建立一个DP主站的步骤：(1)站点窗[丁中，选择一个机架，并且机架可见(visible)(2)在硬件列表中选择主站CPU，如CPU315．DP(3)拖动一个模块到合适的机架行，选择[属性】，则PROFIBUS节点窗u打开。这时可以创建一个PROFIBUS的子网，或选择己经存在的子网。设置子网属性如传送速率等。设置这个主站的地址。(4)『OKl确认设置。STEP7中，设置DP从站模块的步骤：27 第四章污水处理控制系统的设计(I)在硬件列表窗口中选择从站模块。(2)将从站模块拖至所属DP主站标志符，在主站后会出现连线，示意主从之；一‘间的关系。，(3)在PROFIBUS子网属性对话框中设置子网传输速率及从站地址。4．2污水曝气过程控制策略的研究4．2．1污水曝气一般控制策略DO控制是活性污泥工艺中重要的控制变量。从1970年起，当DO传感器的稳定性和精确度足够高，且适合用于反馈控制时，曝气控制就引起了人们大量关注和研究。今天，尽管DO控制在实际应用中仍然有不能满足系统设计性能，甚至偶尔会出现故障(由于物理上的限制，例如鼓风机风量不充足：硬件出现故障，例如DO传感器损坏)，但从方法论角度来看，DO设定值控制已是一个很成熟的技术。随着营养物传感器近年来的发展，曝气控制的关键在于如何在线调整供气量。对于连续流运行系统，虽然有一些好氧区体积在线控制的研究，但关键问题是在线确定合适的DO设定值。对于间歇曝气系统，大量研究集中在好氧阶段曝气时间的控制。4．2．1．1PID控制在工业过程控制巾，常用的控制算法是PID算法。PID控制器是按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，是连续系统中技术成熟、应用最广泛的一种调节器。它的结构简单，参数易于调整，工作稳定，鲁棒性较强。在工业控制巾，人们采用PID调节器，根据经验进行在线整定，以得到满意的控制效果。一般在SBR法中采用PID调节，是以溶解氧浓度作为控制参数来控制整个污水处理过程，如图4．3：图4．3PID控制方框图在带有滞后特性的过程中，PID控制器对于给定值的阶跃变化，被控变量的变化有延迟，且系统在设定值附近振荡。因此，PID控制的品质并不好。4．2．1．2SMITH预估控制 青岛大学硕士学位论文在过程纯滞后系统中，SMITH预估算法是最著名的方法之一。在SMITH预估补偿方案中，把对象的数学模型引入到控制回路之内，设法取得更为及时的反馈信息，以改进控制品质。SMITH预估控制方框图见图4-4：图4-4SMITH预估控制方框图在SMITH预估控制中，系统仍存在一定时延的滞后，但是在平稳阶段，稳定性就好多了。但是SMITH预估对模型误差较敏感，如果对时滞估计有误，则控制品质会下降许多。4．2．1．3模糊控制量和性质也随时间和状态变化。这样根据设定时间来控制，在进水浓度高时，反应时间不足，达不到出水要求；而迸水浓度较低时，反应时间过长，浪费能源，极易发生污泥膨胀。以溶解氧作为模糊控制对象，采用模糊控制，可以较准确地反映污水水质变化，合理控制曝气量，节省运行费用。针对曝气装置设计一个双输入单输出的模糊控制器，输入变量分别为曝气池DO的偏差e和DO的偏差变化量ec，输出变量为曝气机曝气增量u，系统框图如图4．5：图4．5模糊控制器方框图 第四章污水处理控制系统的设计模糊控制策略不需要得到系统的精确数学模型，而控制输出的效果比较理想，滞后现象得到了改善，在响应初期系统出现超调，但稳定速度还比较快。4．2．1．4控制策略比较：在本文研究的三种策略中，PID调节器是过程控制系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节器，它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。许多控制器都提供PID控制功能，如西门子的57200PLC就有PID指令，用户只需建立指令的参数表，即可简单实现PID控制。许多智能变频器也都提供PID控制功能。但是，PID控制需要依赖控制对象的数学模型，且由于污水曝气过程的滞后特性，运用PID控制效果较差。在SMITH预估方案中，由于把对象的数学模型引入控制回路，使反馈信息更及时，以改善控制品质。系统的稳定性好多了，但是，由于SMITH预估仍旧依赖对象的数学模型，对模型的参数误差较敏感，若模型时滞估计有误，则控制品质会下降许多。模糊控制理论对复杂的系统或过程建立一种语言分析的数学模式，将日常生活中的自然语言能够直接转化为计算机所能接受的算法语言，所以模糊控制器不需要过程控制的精确数学模型，而是吸收人工控制的经验，然后依据一些推理规则，决定控制决策。将模糊控制策略应用于污水曝气过程，控制效果比较理想，滞后小，系统稳定也快。综合比较以上三种控制策略，污水处理自动控制系统的曝气过程采用模糊控制策略。4．2．2溶解氧模糊控制系统的设计SBR法的模糊控制目的有三：一是实现计算机自动控制；二是在保证出水水质前提下尽可能节省运行费用；三是避免曝气量不足或反应时间过长而引起的污泥膨胀。4．2．2．1DO模糊控制系统的建立在污水处理过程巾，通常由鼓风机通过与反应池相连的进气管道将卒气送进反应池，来补充反应池的溶解氧。鼓风机送入反应池的风量大小可以通过调节鼓风机的转速来控制，从而控制调整反应池的进气量。反应池溶解氧浓度应保持在3-4mg／L。系统中，首先把DO的设定值与测试值做比较，将比较结果送入模糊控钳器，然后通过模糊控制器和变频器控制鼓风机的转速，从而控制曝气量和反应池巾的DO值。(1)模糊控制器使用一个双输入单输出的模糊控制器，输入变量分别是DO的偏差E和DO的偏差变化率Ec，输出变量为变频器的输入电压U。30 青岛大学硕士学位论文(2)鼓风曝气系统鼓风曝气系统由鼓风机、空气扩散装置和一系列连通的管道组成。鼓风机将空气通过一系列的管道送到反应池底部的空气扩散装置，经过扩散装置，使空气形成大小不同的气泡。气泡在上升的过程中，与水溶合或到达液面时破裂。(3)变频调速装置由于污水处理水质水量的不均衡性，需要经常调节鼓风机的风量，故而采用变频调节的方式来控制鼓风机的变化。同时，选用变频调速方式，易于实现对溶解氧浓度的模糊控制。(4)溶解氧的测量在线检测污水的溶解氧浓度，测试仪输出4～20mA的电流，将该电流送到模糊控制器的输入端，经模糊控制器处理后，输出电压信号，控制鼓风机的运转速度。4．2．2．2模糊控制器的设计设定每一周期反应初始的曝气量均为0．6m3／h，以在线检测的反应初始阶段(8～10min左右)的DO值(DOof0作为被控制变量，以曝气量(u)为控制变量。在模糊控制系统的设计时，以在线检测的DOofF与设定的DO标准浓度(DO。)的偏差Ei作为模糊控制器的一个输入变量，lmin为一个采样周期，一个采样周期后该偏差Ej的变化量CEi作为模糊控制器的另一个输入变量。Ei=DOofrDO。i=l，2，3·····‘(1)CEi=Ei—Ei—li=l，2，3······(2)式中i：第i次采样的相应数据Ei-l：第i．1次采样处理水DOofr的偏差。根据这两个输入变量，经过模糊控制器的计算、判断与决策，作为模糊控制系统输出变量的则是控制变量的变化量AUi，即曝气量的变化量。确定了模糊控制器的输入与输出变量后，根据模糊控制理论按照以下步骤实现模糊控制系统。(1)精确量的模糊化’将DO的偏差及偏差的变化量用模糊变量来表示，即将被控制变量进行模糊化处理，得到模糊集合向量。一·’对误差E，误差变化CE及控制量U的模糊集及其论域定义如下：CE和U的模糊集均为：{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}E的模糊集为：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}上述模糊语言变量的意义：NB：NegativeBig(负大)PB：PositiveBig(正大)31 第四章污水处理控制系统的设计NM：NegativeMedium(负中)PM：PositiveMedium(正中)。NS：NegativeSmall(负小)PS．PositiveSmall(正小)．O、ZO：Zero(零)E和CE的论域均为：{．6，．5，-4，．3，．2，．1，0，十1，+2，+3，+4，+5，+6}U的论域为：{．5，-4，．3，．2，．1，O，+l，+2，+3，+4，+5}将Ei、CEi、ui化为各自论域上离散的整型变量，即整型化处理。在此设定DOs=3．0mg／L，是相对于COD=1000mg／L、曝气量为0．6m3／ll、反应9min时的DO浓度。E、CE及U的模糊集和论域确定后，须对模糊语言变量确定隶属函数，即所谓对模糊变量赋值，就是确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。上述论域E、CE、a上的模糊变量均假定为正态型模糊变量，其正态函数为：F(x)=exp[．((x．a)／O)z1(3)此函数确定了模糊隶属函数曲线的形状。将确定的隶属函数曲线离散化，就得到了有限个点上的隶属度，便构成了一个相应的模糊变量的模糊子集。(2)建立模糊控制规则在试验基础上，分析DO与有机物降解及曝气量之间的关系，建立以模糊语言表示的模糊控制推理的合成规则和模糊控制规则。根据操作过程中可能遇到的各利-情况和系统的运行数据，将相应的控制策略归纳为表4．1，这是一组根据系统输出的误差及误差的变化趋势来消除误差的模糊控制规则。表4．1SBR法曝气过程模糊控制规则表U、E≥心．NBNMNSOPSPMPBNBPBPMPSoNMPBPMPSONS●—●●NSPBPMPSONSNMZOPMPSONSNM●●。，PSPMPSONSNMNBPMPSONSNMNBPBONSNMNB上述这些模糊控制规则可以用模糊条件语句来描述，例如：当E=NB时，有①如果“偏差’’为“负大”且“偏差变化”为“负大’’，则“曝气量U”为“正大"，意味着当DO的误差及误差变化均为负大时，反应器内的DO浓度很低，32 青岛大学硕士学位论文而且有进一步减低的趋势，要尽快提高DO浓度，必须增大曝气量，所以U取“正大"。(IFE=-NBANDCE=小rBTHENU=PB)(多IFE号NBANDeE号NMTHENU=PB⑨球E=NBANDCE=NSTHENU=PB④IFE=NBANDCE=OTHENU=PB(9IFE=NBANDCE=PSTHENU=PM⑥IFE=NBANDCE=PMTHENU=PS⑦IFE--NBANDCE=PBTHENU=O上述选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差为主；而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主要出发点。例如，当DO误差及误差变化均为负大时，就是SBR反应器内DO浓度很低，而且有进一步降低的趋势，如果不加以调整，势必造成反应时间过长或引起污泥膨胀，为尽快提高DO浓度，消除误差，必须增大曝气量，所以AU取正大。当误差为负小，误差变化为正小时，系统本身具有消除误差的能力，可以不调整曝气量。(3)模糊推理及其模糊量的非模糊化在模糊控制规则的指导下，经过模糊决策后，得到模糊控制变量△ui：为了对被控制对象SBR处理系统施加精确的控制，还需要将模糊控制变量AUi转化为可执行的精确量，即曝气量变化量的准确量，这就是非模糊化处理过程。上述模糊控制规则所确定的每一条模糊条件语句都可以计算出相应的模糊控制量Ui。例如，由第1条语句所确定的模糊关系可用式(4)表示：肛(NBE+NME)×PBu]·[(NBcE+NMcE)×PB。](4)如果此刻采样所得到的实际误差模糊变量为e，误差变化的模糊变量为ce，根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量为Ul：ul=eo[(NBE+NME)×PBu]·ceo·[(NBcE+NMcE)×PBu](5)同理，可由其余模糊条件语句计算出相应的模糊控制量u2，u3，⋯⋯，由于各条件语句之间是或的关系，则控制量的模糊集合U表示为：u=ul+u2+⋯⋯+un(6)由式(6)所计算出的控制量是一个模糊了集，不能直接应用于被控对象，必须经过非模糊化处理转化为精确量。这种方法可以充分利用模糊推理结果、模糊了集提供的有用信息量，得到SBR法曝气过程的模糊控制表，储存在计算机中(如表4．2)。33 第四章污水处理控制系统的设计表4．2溶解氧模糊控制器的模糊控制表＼F_6．5-4．3．2．1Ol23456CE＼’●＼●：．4631．50O．3631．5O．O0．2631．5O-1．5．1．5．3．1631．5O．1．5．30631．5O．1．5-1．5-3．3．6-6l31．5O0．1．5．3-6．6-6231．5O．1．5．3-6．6-6．63O0-1．5．1．5．3-3-6．6-6．64O0．1．5．3-3．6上述过程是反应进行到8"--"9min，根据在线检测的DO值预测进水COD浓度，并在第10min对曝气量进行调整。为了保证较好的控制效果，可在后续反应过程中继续检测DO值，并对曝气量进行再一次调整。调整次数的多少应视预测进水COD浓度的大小及相应反应时间的长短而定。在有机物达到难降解程度时，DO迅速大幅度升高，这是停止曝气的信号。如果在反应过程中，频繁地调整曝气量，势必使DO始终维持在3．0mg／L左右，而不会发生DO迅速大幅度升高的现象，进而影响反应时间的控制。因此，试验中根据试验结果，在反应8"-10min预测到进水COD浓度后，便相应地预知反应时间。如果预测的反应时间在120min之内，进行两次调整，第二次是在反应进行到30min，DO。仍取3．0mg／L，具体的控制方法同前。如果预测的反应时间超过120min，则进行三次调整，第三次是在反应进行到60min，Dos仍取3．0mg／L，具体的控制方法同前。经过这样的方法控制，就可以弥补第一次调整曝气量(8～10min)所造成的误差，而且不会影响对反应时间的控制。4．2．2．3作为反应时间的控制参数在反应初期(8～10min)，以上述的模糊控制方法对曝气量进行调整后，使后续反应过程中DO处于合适的水平。由于SBR法间歇运行的特点，当有机物达到难降解程度时，DO迅速大幅度．丁|．高，在10min内DO便可上升到3．5mg／L，反应结束时DO可升到6mg／L左右。这一变化特点可用模糊语言变量加以描述，以此作为停止曝气的信号，放引入了用DO误差的大小和误差变化的快慢作为模糊控制器的两个输入变量。SBR法处理石油化工废水的试验结果表明：当DO(升高的幅度>⋯>3．5mg／L，且DO的变化速率>0．30mg／(L·min)时，反应己结束，应停止曝气，这是建立模糊控制规则的重要依据。由于两种现象巾误差及误差的变化均为正，可以简化对误差E、误差变化CE及控制量u的模糊集和论域的定：E、CE的模糊集均为：{PS，PM，PB} 青岛大学硕士学位论文E、CE的论域为：{1，2，3，4，5，6}而对控制量U(即曝气量)而言，只有两种选择：一种是维持原来的曝气量不变，继续等待；另一种是立即停止曝气，不存在改变曝气量大小的问题。对输入变量E和CE进行模糊化处理，此时DO的设定值DO。取2．0mg／L。模糊化方法与3．1．1节中阐述的方法相同，不再重复。在此仅对模糊规则的建立进行说明，模糊规则控制如表4．2所示。表4-2反应时间模糊控制表U＼E>≤．．PSPMPBPSOPMOPBO注：一表示停止曝气当DO的误差为PS和PM时，无论DO的变化速率如何，均维持原有的曝气量，避免因曝气时间不够而使出水达不到排放标准。只有当E达到PB，且CE达到PM或PB，才认为有机物不再被降解，应该停止曝气。将前面两点阐述的内容结合起来，便可以DO作为控制参数，实现对SBR法曝气过程和反应时间的模糊控制。当然，任何一种控制方法都无法保证每一次预测和控制都是准确无误的，有时难免会出现异常现象。例如：根据8"-"10min的DO值预知反应时间为120min左右，可是在90min就出现了DO迅速大幅度升高的现象，说明COD的预测值大于实际值。如果这种情况发生，此时不应该再调整曝气量，为防止因较早停止曝气而使出水不达标，只能改变反应时间控制规则巾的某些参数，使控制规则更为严格。本试验中DO升高的幅度由正常时的3．5mg／L提高到4．5mg／L，DO变化速率也由0．30mg／(L·rain)提高到0．35mg／(L·min)，即只有Ei≥4．5mg／L，CEi>／o．35mg／(L·min)，才可以停止曝气。还有另外一种相反的情况，就是预测的反应时间为90min，而实际运行至120minDO仍没有迅速大幅度升高，说明COD的预测值小于实际值。如果这种情况发生，．．则应放宽控制规则，将Ei由3．5mg／L降到2．5mg／L，CEi由O．30mg／(L·rain)降到O．20mg／(L·min)，艮IJEi≥2．5mg／L，CEi≥O．20mg,／(L·min)，就可以停止曝气。因此，在对反应时间进行控制时，既要根据在线检测的DO变化情况，也要参考前面的预测结果，如果有上述的异常情况发生，就要采取不同的控制规则，保证控制效果和系统的正常运行。4．2．3以DO、ORP、pH控制脱氮过程4．2．3．1ORP、DO的变化规律35 第四章污水处理控制系统的设计进水混合液氨氮浓度为110---120mg／L的典型图见图4-6、4-7二^0泌g≮oU图4-6一个反应周期中NH3-N、N02-N、N03-N、COD的变化(进水混合液氨氮为l13mg／L)由图4-6可知，DO、ORP曲线的特点及其原因是：在COD降解过程巾，DO出现平台(0"--25min)，ORP也出现平台。这是因为在恒定曝气量的条件下，有机污染物被微生物不断地氧化降解，微生物降解有机物过程的OI诤基本不变，所以DO出现平台。由ORP与DO的关系式(ORP=a+bln[02])可知：在DO出现平台的情况下，ORP也会出现平台，但ORP不只受DO影响，所以ORP的平台不如DO的平台那么明显。当COD降至难降解部分时(图4-6中的点A：第25min)，DO突然迅速大幅上升，对应着ORP也大幅上升(图4．7中的点A)，这是因为COD毫零盆oF0爹F星0loo200300400500t,"Yu拥9．598．58Z7．5△76．565．5图禾7一个反应周期内DO、ORP、pH的变化规律．⋯～(进水混合液氨氮为l13mg／L)降解至难降解部分时，异养菌无法再大量摄取有机物，造成供氧大大高于耗氧，所以会出现DO，ORP都迅速大幅度上升的现象。尔后，自养菌开始进行硝化反应，反应过程中ORP、DO不断上升直至硝化结束。在硝化反应结束时(图4-6巾的点B：第150min)，DO出现第二次跳跃或者是上升的速率加快(图4．7中的点B)，然后DO很快接近饱和值，如果继续曝气，DO就在这个高值处维持基本不变。DO出36 青岛大学硕士学位论文现第二次跳跃的原因是自养菌降解氨氮的过程已经结束，不再耗氧，而自养菌、异养菌内源呼吸耗氧又远远小于供氧，所以会出现DO的第二次跳跃；与之相对应，ORP并没有出现跳跃而是出现平台或者说基本不变化(图4-7中的点B)。在硝化过程中DO、ORP没有出现平台而是不断徐徐上升的原因则是：硝化细菌进行硝化反应的速率随着氨氮的降解不断减小，所以耗氧速率小于供氧速率，出现了DO、ORP都不断上升的现象。ORP在硝化反应的后半程上升得越来越慢以及并未像DO一样出现第二次跳跃的原因是：ODO绝对值较高，DO的微小变化并不会引起ORP的很大变化，即使DO出现跃升也并不足以引起ORP的再次跳跃。②硝化反应的不断进行使氨氮不断被氧化，由ORP的定义式可知，还原态物质的不断减少，相应产生的氧化态物质也不断减少，这也是引起ORP上升变缓的一个原因。③由于硝化反应的进行，产生了大量的亚硝态氮，这对生化反应起到了限制作用，因此硝化后期的反应速率小于反应初期速率。在反应的最后，DO维持恒定以及ORP基本不变的原因是由于内源呼吸过程的ORP基本不变。结束曝气后投加原水，进行搅拌，系统进入反硝化阶段：ORP先是迅速下降，这是由于DO的迅速耗尽；在反硝化的过程中，ORP不断下降(但下降的速度越来越小)，这是因为氧化态的硝态氮被还原成氮气，整个反应器中的氧化还原电位不断降低；由于无氧呼吸即反硝化的进行，硝态氮不断减少，整个反应器中氧化还原状态的变化不如反硝化初期的变化幅度大，所以ORP的变化越来越小；当反硝化结束时(图4-6中点C)，ORP迅速下降，表现在曲线上为一拐点(图4．7中的点C)，这一拐点指示出系统缺氧呼吸过程的结束，分了态氧消失，系统进入厌氧状态，所以ORP会大幅度下降。ORP在硝化反硝化的伞过程都可以给出控制信号，而且在试验巾发现ORP探头反应灵敏稳定。DO在结束曝气之后就迅速降至零左右，在反硝化过程中无法给出任何过程信息。4．2．3．2pH的变化规律pH曲线的特点是在COD降解过程巾不断大幅度上升，这是因为：①异养微生物对有机底物的分解代谢和合成代谢的结果都要形成C02，C02溶解在水中导致pH下降，但是曝气不断地将产生的C02吹脱，这就引起了pH不断地大幅上升；②好氧降解废水巾的有机酸引起pH的不断上升。当COD降解停止时(图4．6中的点A)，pH曲线出现转折点(图4．7中的点A)，开始不断下降，这是因为硝化反应过程巾产生了H+。37 第四章污水处理控制系统的设计pH的下降一直进行至硝化反应的停止或结束(图4-6中的点B)，然后pn会迅速上升，继而维持不变或在硝化反应结束时就基本维持不变(图4．7中的点B)。pH"J丑速上升的原因是因为碱度含量大于硝化所需，j曝气吹脱了C02；pH在硝化反应停止时就维持不变，是因为碱度不足或没有剩余。反硝化过程中，pH先是持续大幅度上升，这是由于反硝化的过程中不断地产生碱度。在反硝化结束时(图4．6中的点C)，pH会突然下降，出现一个转折点(图4．7中的点C)，指示反硝化的结束，pH下降的原因是：反硝化过程结束后，系统进入厌氧状态，一部分兼性异养菌开始产酸发酵、放磷，所以会出现这个转折点。这个转折点在同时脱氮除磷的SBR生化反应器中不仪标志着反硝化的结束，也是厌氧发酵产酸进行磷的释放的标志。通过上述试验初步得到以下结论：ODO在SBR法降解COD过程中维持恒定或略有降低，当COD降解至难降解部分时出现迅速大幅上升，而后在硝化过程中不断攀升，在硝化结束时DO出现第二次跳跃或者是上升的速率加快，直至接近饱和值并维持这一数值基本不变。在缺／厌氧过程中DO迅速降至零左右，无法给出任何过程信息。②ORP在SBR法降解COD过程中维持恒定或缓慢上升，当COD降解至难降解部分时迅速大幅上升，在硝化过程中仍不断上升，并且上升的速率先快后慢，最后ORP维持一个恒定值，出现平台，意味着硝化的结束。缺氧开始ORP不断下降，先快后慢，而后由于反硝化的结束进入厌氧状态，ORP迅速大幅下降，出现拐点，最后ORP降至一个较低值而基本维持不变。③pH在COD降解过程中不断大幅上升直至COD不再降解，硝化开始pH开始下降直至硝化结束，然后pH会快速上升或基木维持不变，指示硝化反应的结束。在反硝化过程中，pH先是迅速大幅度上升，然后在反硝化结束时，pH曲线会出现转折点，pH开始不断慢慢下降，进入纯厌氧状态而产酸、放磷。DO、ORP在好氧过程中可以优化调节曝气量，而pH可以给出体系的碱度条件是否适宜以及pH是否有利于微生物生长。在缺／厌氧过程巾，pH、ORP的特征点不仅可以给出反硝化过程控制信息还可以作为优选反硝化的碳源以及投量的手段。因此，必须联合这三者作为控制参数才能做到高效节能，取得最满意的效果。通过不同进水混合液氨氮的冲击试验验证了DO、ORP、pH曲线特征点的正确性，但是为了实现SBR法脱氮除磷在线模糊控制，还需对影响这砦特征点出现的条件作进一步验证：不同的水质、碱度、曝气量、污泥浓度、温度等。只有在各种条件对特征点出现的影响都考虑伞面的基础上建立模糊控制规则和进行实时控制，才是全面的、最优的和合理的。38 青岛大学硕士学位论文第五章结论j城市污水处理系统的社会效益巨大，但运行成本高，处理厂的经济效益差。所以应用计算机控制技术，实现污水处理工艺的半自动、全自动监控，提高污水处理厂的技术管理水平，合理使用和配置处理设施(设备)，具有非常重要的现实意义。结合活性污泥法污水处理工艺，研究设计了基于PROFIBUS的污水处理厂自动控制系统。由于整个污水处理过程是极其庞大、复杂的，其控制系统也是一个复杂的大系统，需要一个团队同心协力共同完成，本文研发的主要研究结果包括：1．针对污水处理厂实际应用需要，从综合自动化系统的完整性、可靠性、开放性和可扩充性几个方面，比较分析了多种工业应用网络连接方式，提出了基于PROFIBUS现场总线网络的网络通信方案。该方案中，采用PROFIBUS．DP通信方式，将上位机IPC、现场控制站PLC和智能执行设备(智能变频器、智能软启动器)连接在一起，可以将现场车间工艺运行参数、设备状况、报警信息等重要实时数据送到监控的生产管理级，为生产指挥和管理提供了极大的方便。同时上位监控系统也可以将控制信息传送到现场控制站和智能执行器，实现了远程控制，提高了生产管理效率。本文在研究了PROFIBUS的体系结构后，给出了网络组成配置、网络设置主要步骤以及通信软件设计的主要环节。2．针对污水曝气过程控制的间歇性、非线性、纯滞后、直接控制变量难以在线测量等控制难点，本文研究了相关文献资料，选择废水中溶解氧浓度(DO)作为控制参数，比较了PID控制策略、SMITH预估控制策略、模糊控制策略这三种控制策略的运用结果。在综合比较的基础上，考虑到模糊控制策略控制效果较好，并且不需要对象的精确数学模型，决定选用简单易行的查控制表方法在PLC上实现模糊控制策略。3．作为现场控制站的PLC硬件、软件设计都是实现污水处理过程自动控制的关键，对于污水泵站PLC，本系统采用了智能软启动器启动和保护污水泵站的多台大功率水泵电机的电气连接方案。4．由于污水曝气过程会受到污水水质、水量、温度、环境等多种因素影响，需要随时调节曝气设备(鼓风机、曝气转刷等)的供气量，所以对鼓风机电机调控采用变频调控方式，实现污水曝气过程的高效、节能自动控制。存在的问题及今后努力的方向：要实现污水处理厂的完全自动化，并且整个系统在最优状态运行，还有许多艰巨的工作要做，本研究只是做了其中的一部分。在污水处理实际过程中，随着城市工业规模的扩大，工业污水的浓度呈扩大的趋势，势必增加工业废水处理的难度。本项目的曝气控制过程采用模糊控制策略，有较强的鲁棒性且动态响应快，超调量39 第五章结论小，但也存在着稳态精度较差的缺点。上述分析可知，只采用模糊控制策略并非为系统的最优方案。如果能将模糊控制与PID控制结合起来，利用PID控制器良好的稳态性能，可能会使系统达到最优的控制效果。设计思路如图5．1所示：图5．1模糊参数整定PID控制方框图该方案采用模糊推理方法，根据不同的E和CE对PID参数Kp，Ki，Kdo进行在线整定，那么就能够完善PID控制器的性能，使其适应控制系统的参数变化和工作条件变化。 青岛大学硕士学位论文参考文献●【l】朱武，崔村燕，陈长琦，等污水处理厂自动控制系统综述．环境工程，2002(03)j【2】沈耀良，赵丹．强化SBR工艺脱氦除磷效果的若干对策．中国给水排水，2000(07)【3】薛军，戴士博，惠振强，等．改变SBR工艺运行方式对污染物去除效果试验研究．水科学与工程技术，2008(01)f4】4刘义．序批式活性污泥法废水处理技术及特点．河北建筑工程学院学报，1999(04)【5】张可方，张朝升，方茜，等．SBR法处理城市污水的脱氮除磷功效．中国给水摊水，2001(11)【6】杜晓丽，郑磊．SBR法处理城市污水最佳工况研究．IJJ东建筑工程学院学报，2005(05)【7】韩相奎，崔玉波，霍明昕，等．SBR废水处理成套设备的研制．吉林建筑工程学院学报，2001(03)【8】褚国红．SBR技术综述．交通环保，1997(02)【9】赵丽珍，缪应祺．SBR技术的研究及进展．江苏理工大学学报(自然科学版)，2001(03)【10】苏冰琴，张弛．SBR工艺运行中的节能降耗问题．山西能源与节能，2002(02)【ll】孙利源．SBR及其改进型技术分析研究．能源研究与信息。2003(04)【12】孙友勋，祝经伦，杜文华，等．屠宰废水处理改造工程设计实例．给水排水，2001(05)【13】张振家，刷长波，熊庆明．UASB--SBR工艺处理啤酒生产废水．中国给水排水，2001(09)【14】杨琦，钱易，单立志．味精废水的SBR处理研究．给水排水，2000(01)【15】万希秋，由明华，马培忠．SBR法的发展应用探讨．1JI东环境，2003(04)【16】王小兵．浅谈序批式活性污泥法．广东化：l：，2004(01)【17】张勇．问歇式活性污泥法处理制革废水．工业安全与防尘，2001(02)【18】程晓如，魏娜．SBR：1：艺研究进展．1：业水处理，2005(05)【19】俞远．污水生物处理新技术——-sBR工艺．河北师范大学学报(自然科学版)，2004(03)【20】孟燕春，张萍，古伟宏，等．序批式活性污泥法综述．黑龙江环境通报，1998(03)【2l】王殿平，许翊华，札彦武，等．SBR的工艺特点分析．哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2003(06)【22】李培睿，李宗义，王鸿磊，等．序批式活性污泥法(SBR)．河南师范大学学报(自然科学版)，2003(03)【23】桑义敏，尹炜，王培京．序批式活性污泥法及其发展．能源环境保护，2002(02)【24】卓里颖，王雷钧．SBR方法改进措施探讨．中华建设，2008(08)【25】邓勇，曲波，陈小枫，等．现场总线的应用之道．现代制造，2006(16)【26】晏波．现场总线向PROFINET迁移：在原有总线的基础上考虑新的办案．国内外机电一体化技术，2005(05)41 参考文献【27】夏德海．现场总线的现状及其发展趋势．电气时代，2006(08)【28】朱守云．现场总线的比较与发展．电气工程应用，2002(01)【29】雷浩，王海波．利用赫优讯公司(Hilscher)通用网关实现PROFIBUS总线和串口仪表之间的通信．国内外机电一体化技术，2007(05)【30】杨昌琨．使工业以太网工作于现场层．国内外机电一体化技术，2004(06)【3l】李辉，谢晓军．基于STEP7的现场总线组态．现代制造，2005(18)【32】余泽栋，许多，乔丛，等．污水处理厂自动控制系统．可编程控制器与工厂自动化，2007(06)【33】郑云章．智能网的开发和理想网路的展望．黑龙江通信技术，1997(02)【34】赵捷．污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现．电气技术，2006(04)【35】刘小英．基于现场总线和PLC控制的污水处理监控系统的设计与实现．中国仪器仪表，2007(12)【36】赵捷．污水处理厂自动控制系统设计．测控技术，2005(12)【37】周小波，王成端．西南科大污水处理控制系统的应用分析．微计算机信息，2006(13)【38】边冰，娄国焕，郭香云，等．用WinCC构建的污水处理厂综合自动控制系统．微计算机信息，2007(28)【39】耿州，迟晓晖．LK大型PLC在污水处理厂中的应用．可编程控制器与工厂自动化，2007(12)【40】王国勇，马恩乐．基●：S7．300与WINCC的污水处理控制系统．可编程控制器与工厂自动化，2007(09)[4l】张民．浅谈现场总线及发展前景．青海科技，2005(01)【42】李潮，张学东，郭照新．基于PROFIBUS-DP的污水处理监控系统．计算机测量与控制，2006(I11【43】孔繁俊．现场总线与DCS的集成．硫磷设计与粉体工程，2005(03)【44】贺智修，杨延双，郭维钧，等．现场总线及其发展动向．计算机二L程与应用，1996(04)【45】袁月琴．现场总线进展状况．微计算机信息，1996(02)【46】毛雪珍，颜文俊．s7．200系列PLC与WinCC通信实现研究．工业控制计算机，2005(02)【47】杨庆柏，王月志，李玉杰．现场总线及其产品．自动化与仪表，1997(05)【48】马建文．Profibus-DP总线技术在污水处理厂的应用．甘肃科技，2006(01)【49】金勇范．工业以太网及现场总线存我公司控制系统中的应用．黑龙江造纸，2001(01)【50】刘玉，蒋红旗．污水处理自动控制系统中通讯协议的设计．工业控制计算机，2006(12)【5l】张敏，曹利人．基于现场总线的SCADA系统在污水处理J‘的应用．中国给水排水，2006(22)【52】卢建华．使用WinCC实现过程jl}f控．武汉科技大学学报(自然科学版)，2000(01)42 青岛大学硕士学位论文【53】葛荣寰，周剑英，宋铮．现场总线在连铸机改造中的应用．冶金设备，2000(05)【54】董青海，刘泽棵．SIEMENS控制系统在石灰配料中的应用．纯碱工业，2003(04)【55】赵芳，李从冰!基于PLC的污水处理控制系统．工业控制计算机，2006(04)【56]唐济扬．现场总线"(PROFIBUS)技术应用指南．中国现场(PROFIBUS)专业委员会、现场总线产品演示及认证实验室，1998．1l’【57】方涌奎．现场总线及其在机床上的应用．精密制造与自动化，2002(2)【58】张少鹏．现场总线应用设计的几个问题．石油化工自动化，2002(5)【59】李正军．现场总线技术及其应用技术．机械工业出版社，2004[60】崔坚．西门子工业网络通信指南．机械工业出版社，2005【61】SiemensACtWinCCv5TheConfigurationManualandtheCommunicationManual．Germany：Siemens200043 攻读学位期间的研究成果1．．李向红PROFIBUS在柔性制造系统中的应用中小企业管理与科技2009．3 青岛大学硕士学位论文致谢本论文仅仅是对基于PROFIBUS现场总线的SBR污水处理工艺自动控制系统的研究，经本人多方面查找资料和调查研究得以成稿。但限于本人水平，难免有疏漏、不妥之处，望各位专家、学者指正。本论文即将定稿了，我要对我的导师于德爽老师表示深深的感谢，他儒雅的学者风度、诲人不倦的师德、渊博的知识以及对实际工作情形的精确把握，给我留下了深刻的印象，正是他的细致、具体的指导，才使我的论文最终得以完成，对此我要铭记在心。在本论文选题、修改、定型的过程中，许多老师、同学、朋友曾给予具体的指导，以使得论文的结构趋于严谨，逻辑趋于清晰：龙口市望王造纸厂的王平之先生、龙口市芦头纸业公司的张秀全先生、烟台南山学院的秦健先生、龙口市环保局的袁英虎先生、北京蔚蓝星球技术服务公司的沙漠先生等均对本研究提供过资料和实地调研的帮助，他们的帮助使得论文的流程和理论更加准确，对此，我十分感激。我还要感谢所有给我们授课的教师，他们为我们的学习付出了心血，感谢我的家人，正是他们的支持，才使我的学业得以顺利的完成。回顾本论文的写作历程，我觉得本论文是大家心血的凝结，从中，我体会到了，只有具有严谨、务实和永不放弃的科研精神，才能脚踏实地地、一步一步地向前走。45'